基于APDL的起重机桁架式吊臂优化设计

 

    前者校核主弦管与腹管的强度及单肢稳定性，后者校核吊臂系统的整体稳定性。

 

    利用Ansys命令修改工具条并添加快捷功能按钮，单击按钮即可执行与之相对应的宏或命令。通过快捷功能按钮建立模型、划分网格、添加约束并求解，进而对结果进行优化。首先对*长吊臂起臂工况进行求解并得到优化解，将此优化解代入*大吊重工况中重新建模求解。若求解结果符合所有约束条件，则此优化解为*优解；否则，应该重复上面的优化求解过程，*终得到*优解。

 

    1建立数学模型选取起重机吊臂的主弦管和腹管的外径，壁厚为设计变量。

 

    设计变量：x=T目标函数：/⑴“疋抑厂一）+（22其中：r2―分别为主弦管和腹管外径（半径），2分别为吊臂根部臂节、中间臂节以及顶部臂节的主弦管壁厚和腹管壁厚；/3，/4―分别为吊臂根部臂节和顶部臂节的主弦管总长度、中间臂节的主弦管总长度、吊臂根部臂节和顶部臂节的腹管总长度以及中间臂节的腹管总长度；p―代表材料密度。2确定约束条件2.1吊臂结构强度条件：d―吊臂的横截面积，即弦杆的横截面积总和；%-吊臂在变幅平面内的危险截面的抗弯模量；―材许用应力。

 

    吊臂在转平面内的*大力矩与*大轴向力作用在吊臂根部，由于对吊臂根部进行了局部加强，所以将距离吊臂根部*近并且未加强的截面作为危险截面。以此作为*大吊重工况时的约束条件。

 

    2.2吊臂结构刚度条件在旋转平而内，吊臂由于外力作用而产生的*大挠度在吊臂顶端，此处由横向力和力矩共同作用引起的臂采月放大系数法求臂端挠度：以此作为*大吊重工况时1勺约束条件。

 

    人一吊臂总长度；一吊臂在回转平面内的临界力；4一中间臂节在回转平面内的惯性矩；2.3吊臂结构整体稳定性条件吊臂作收时，同作用轴向力、变幅平面和回转平面内的弯矩，因此按向压弯结构稳定性计算。

 

    以此分别作为*大吊重工况和*长吊臂起臂工况时的约束条件。

 

    截面处的弯矩：吟一吊臂在回转平面内危险截面处的抗弯模量。

 

    2.4主弦管单肢稳定条件主弦管单肢稳定性：以此分别作为*大吊重工况和*长吊臂起臂工况时的约束条件。

 

    炉一轴压稳定系数，根据长细比查表得出；d―单个主弦管的截面面积；单个主弦管节间的临界力。

 

    2.5腹管单肢稳定条件腹管单肢稳定性：以此分别作为*大吊重工况和*长吊臂起臂工况的约束条件。

 

    一单个腹管的横截面面积。

 

    以上约束条件中的参数如M.v），等在Ansys计算结果中不能读取的数据，需要通过命令流编写在程序中，作为状态变量。

 

    3软件实现方式及实例行编程，实现吊臂的计算求解。本文我们利用Ansys中的DesignOpt模块来实现吊臂的优化。

 

    本文以设计吊重80t的起重机主臂为例，主弦管和腹管材料分别采用HSM770和Q345A.考虑疲劳的影响，它们的许用应力分别为454MPa和233MPa.我们的整个计算及优化过程全部通过添加到工具条的快捷功能按钮实现。工具条包括以下按钮（见）：CLMODEL建立起臂模型；CLMESH划分网格；CLDOF添加自由度；CLSOLVE对起臂模型求解；CLDEFORM起臂工况吊臂变形；CLSTRESS起臂工况应力分布（此按钮下还包括子按钮可分别得到吊臂整体应力、主弦管应力、腹管应力等）；CLOPTIMI为优化控件，将约束条件所需参数从计算结果重提取出来，将结果中没有包含的参数写入相应的宏命令，*后启动Designopt进行优化；CLCLEA清除已有起臂工况数据；LDSTEP进入*大吊重工况。

 

    王松，刘丽娟。有限元分析-ANSYS理论与应用。北京：电子工业出版社，2008，3：90-140.徐格宁。起重机金属结构设计。北京：机械工业出版通讯地址：辽宁省抚顺市双阳路2号（113126）CrnrTi